Органическая, физическая и коллоидная химия (стр. 3 )

При рассмотрении простых эфиров необходимо изучить способы их образования из спиртов, галогенпроизводных. Ознакомиться с номенклатурой и изомерией простых эфиров. Уяснить, что простые эфиры являются довольно устойчивыми в химическом отношении соединениями. В отличие от сложных эфиров они не омыляются, с кислотами дают соли оксония. Наиболь­шее значение имеют диэтиловый эфир, анизол (простой эфир фенола), диоксан.

Альдегидами называются производные углеводородов, в молекуле которых атом водорода замещен альдегидной группой (–СОН).

Общая формула:

O

R—— С

Н.

Кетонами называются соединения, в молекуле которых карбонильная группа –СО– связана с двумя углеводородны­ми радикалами. Общая формула:

R –– С –– R'.

||

О

Таким образом, благодаря наличию в молекуле этих классов соединений общей группы >С=0 они способны про­являть общие химические свойства. Необходимо знать, что электронное строение двойной связи карбонильной группы характеризуется наличием одной s-связи и одной p-связи. Эта двойная связь сильно поляризована благодаря большей электроотрицательности атома кислорода по сравнению с уг­леродным атомом, т. е. альдегиды и кетоны – полярные ве­щества с избыточной электронной плотностью на атоме кис­лорода. Этим и определяются химические реакции альдеги­дов и кетонов.

Наиболее характерны для альдегидов и кетонов реакции присоединения, замещения, конденсации.

1.1.3. Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты – это класс органических соединений, содержащих карбоксильную группу (–СООН).

Общая формула: O

R—— С

ОН.

При рассмотрении этого класса соединений необходимо обратить внимание на классификацию, номенклатуру, изомерию карбоновых кислот. Свойства карбоновых кислот, несмотря на наличие в карбоксильной группе карбонила >С=О и гидроксила –ОН, отличаются от свойств спиртов, альдегидов и кетонов благодаря взаимному влиянию этих функциональных групп друг на друга. Изучая свойства важнейших предста­вителей карбоновых кислот (муравьиной, уксусной, пальми­тиновой, стеариновой, бензойной), следует обратить внимание на особенности муравьиной кислоты.

К функциональным производным карбоновых кислот от­носятся соли, галогенангидриды, ангидриды, нитрилы, слож­ные эфиры.

Необходимо изучить основные методы получения этих соединений, их химические особенности и роль в народном хозяйстве. Осо­бое внимание следует уделить изучению амидов, продуктов замеще­ния гидроксильной группы в карбоксиле кислоты на амино­группу.

При изучении амидов следует уяснить классификацию, способы получения и химические свойства этих соединений. Особое внимание необходимо обратить на строение амидной группы атомов. Так как электронная пара азота участвует в сопряжении, то амиды проявляют очень слабые основные свойства. Под действием воды в кислых или щелочных сре­дах амиды гидролизуются с образованием кислот и аммиа­ка или аминов. Из амидов особое внимание следует обратить на мочеви­ну (карбамид). Нужно знать строение, способы по­лучения мочевины и химические свойства, а также примене­ние мочевины и ее производных в сельском хозяйстве.

При изучении дикарбоновых кислот (предельных, арома­тических) следует иметь в виду, что они, благодаря наличию двух карбоксильных групп, вступают в те же реакции, что и монокарбоновые кислоты. Однако в результате взаимного влияния двух карбоксильных групп дикарбоновые кислоты являются более сильными. Дикарбоновые кислоты в зависи­мости от числа вступивших в реакцию карбоксильных групп могут образовывать два вида производных: кислые и сред­ние соли, полные и неполные амиды, эфиры и т. д. Необходимо обратить внимание на особые свойства метиленовой группы малоново­го эфира и ангидриды дикарбоновых кислот. Изучить реакции получения синтетических волокон (лавсана, найлона) на основе дикарбоновых кислот.

Непредельные кислоты – это органические кислоты, со­держащие в радикале одну или несколько кратных связей. Необходимо познакомиться со свойствами одноосновных не­предельных карбоновых кислот (олеиновой, акриловой, метакриловой, линолевой, линоленовой) и двухосновных непре­дельных кислот (фумаровой, малеиновой), а также представи­телями ароматических кислот (коричными). По карбоксиль­ной группе эти кислоты проявляют те же свойства, что и предельные кислоты: диссоциируют, образуют соли, амиды, галогенангидриды, ангидриды, эфиры. Однако необходимо об­ратить внимание на то, что у непредельных карбоновых кис­лот кислотные свойства выражены сильнее, чем у соответст­вующих предельных кислот. Это объясняется влиянием не­предельного радикала на карбоксильную группу. Благодаря наличию двойной связи непредельные карбоновые кислоты могут участвовать в реакциях гидрирования, присоединения галогенов, галогенводородов, воды, в реакциях полимериза­ции. Необходимо обратить внимание на зависимость химических свойств двухосновных карбоновых кислот от пространственного стро­ения (на примере малеиновой и фумаровой кислот).

Окси-, альдегидо - и кетокислоты относятся к соединени­ям со смешанными функциональными группами. в молекулах оксикислот име­ется гидроксильная группа, характерная для спиртов.

Общая формула: (СООН)n

R

(ОН)m ,

где n – число карбоксильных групп;

m – число гидроксильных групп.

Необходимо обратить внимание на изомерию и номенклатуру оксикислот, способы образования при биохимическом гидроксилировании, окислении гликолей, восстановлении кетокислот.

Для оксикислот характерны два типа изомеров: струк­турные (a-,b-, g - и другие, в зависимости от взаимного распо­ложения двух функциональных групп) и пространственные, так как они содержат асим-метрический атом углерода.

Являясь одновременно кислотами и спиртами, оксикислоты дают все реакции и по карбоксильной, и по гидроксильной группам. Благодаря взаимному влиянию карбоксильной и гид­роксильной групп друг на друга отмечаются специфические особенности a-, b - и g-окси-кислот: дегидратация a-оксикислот приводит к образованию лактидов, b-оксикислот – не­предельных кислот, g-оксикислот – лактонов.

Нужно знать формулы важнейших оксикислот: гликолевой, молочной, яблочной, винных, лимонной. Важное значе­ние имеют фенолкарбоновые кислоты, существующие в ви­де изомеров положения гидроксильной группы (орто-, мета-, пара-). Среди них салициловая, галловая, сиреневая.

Альдегидо - и кетокислотами называют соединения, моле­кулы которых содержат карбоксильную и альдегидную или соответственно кетонную группы. Представителями альдегидо - и кетокислот (оксокислот) являются глиоксиловая, пировиноградная, ацетоуксусная, левулиновая (СН3СО(СН2)2СООН) кислоты. Ввиду боль­шой биологической значимости необходимо знать строение и свойства оксокислот, обусловленные наличием двух функцио­нальных групп.

1.1.4. Липиды

При изучении этого раздела органической химии следу­ет обратить внимание на такие соединения, как: жиры – сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и различ­ных органических кислот (пальмитиновой, стеариновой, оле­иновой, линоленовой и линолевой), мыла и детергенты, воски, фосфатиды.

Изучая жиры, особое внимание следует уделить реакциям обра­зования нейтральных жиров, омыления, гидрогенизации, а также вопросам окислительной порчи жиров, их полимери­зации. Необходимо знать о значении жиров, их технической переработке и использовании.

Среди представителей сложных липидов особое внима­ние следует обратить на фосфолипиды: лецитины, кефалины.

1.1.5. Углеводы

Углеводы или сахара – это самая распространенная группа при­родных органических соединений, составляющих 80% сухого веса растений и 2% животных организмов. Они образуются в растениях из углекислого газа и воды в процессе реакций фотосинтеза, осуществляемых за счет солнечной энергии с участием зеленого пигмента растений – хлорофилла. Углеводы подразделяются на две большие груп­пы: моносахариды; ди - и полисахариды.

Моносахариды – полифункциональные со­единения, которые являются оксиальдегидами (альдозы) или оксикетонами (кетозы). По числу атомов углерода в молекуле их делят на триозы (3С), тетрозы (4С), пентозы (5С), гексозы (6С) и т. д.

Наиболее распространены гексозы:

* * * * О * * *

CH2–CH–CH–CH–CH–C ; CH2–CH–CH–CH–C–CH2OH.

| | | | | | | | | | |

OH OH OH OH OH H OH OH OH OH O

альдогексоза кетогексоза

Для них известно большое число стереоизомеров (2n, где n – число асимметрических атомов). Так, для альдогексоз 24=16, для кетогексоз 23=8, т. е. для альдоз существует 16 оптически активных изомеров, или 8 пар антиподов, для кетоз – соответственно 8 и 4. Каждая пара имеет свое назва­ние: глюкоза, галактоза, фруктоза и т. д. Для определения принадлежности к D - или L-генетическому ряду каждого изомера из пары (рацемата) сравнивают конфигурацию последнего асимметрического атома углерода этого изомера с конфигурацией D - или L-глицеринового аль­дегида. При этом записывают проекционные формулы молекул так, чтобы карбонильная группа находилась сверху:

O O